Tabla de Contenidos
Η επιφανειακή τάση είναι η ενέργεια που χρειάζεται για να αυξηθεί η επιφάνεια ενός υγρού ανά μονάδα επιφάνειας. Επειδή αυτές οι δυνάμεις ποικίλλουν ανάλογα με τη φύση του υγρού (για παράδειγμα, νερό έναντι βενζίνης) ή τις διαλυμένες ουσίες που περιέχει (για παράδειγμα, τασιενεργά όπως απορρυπαντικό), κάθε διάλυμα έχει διαφορετικές τιμές επιφανειακής τάσης.
Ας δούμε ένα παράδειγμα: κάθε φορά που ένα ποτήρι νερό γεμίζει σχεδόν μέχρι το χείλος, μπορεί να παρατηρηθεί ότι η στάθμη του νερού στο ποτήρι είναι στην πραγματικότητα υψηλότερη από το ύψος του ποτηριού. Μπορείτε επίσης να δείτε ότι το νερό που έχει χυθεί έχει σχηματίσει λακκούβες που υψώνονται πάνω από την επιφάνεια. Τα δύο φαινόμενα που περιγράφονται οφείλονται στην επιφανειακή τάση.
Πιο διαισθητικά, η επιφανειακή τάση είναι η τάση ενός υγρού να καταλαμβάνει όσο το δυνατόν μικρότερη επιφάνεια. Αυτή η τάση είναι ο βασικός παράγοντας για την τριχοειδική δράση ή την τριχοειδική κίνηση . Η τριχοειδής δράση είναι συνέπεια των συνεκτικών δυνάμεων μεταξύ των μορίων, δηλαδή της τάσης των μορίων να παραμένουν μαζί και να προσκολλώνται μεταξύ τους.
Δυνάμεις συνοχής και δυνάμεις πρόσφυσης
Οι δυνάμεις συνοχής και οι δυνάμεις πρόσφυσης σχετίζονται σε μεγάλο βαθμό με την επιφανειακή τάση. Αυτές οι δυνάμεις εμφανίζονται όταν οι ουσίες έχουν μάζα, δηλαδή είναι μακροσκοπικές ιδιότητες, επομένως δεν παίζουν ρόλο όταν λαμβάνονται υπόψη μεμονωμένα άτομα ή μόρια.
- Δυνάμεις συνοχής . Είναι οι δυνάμεις που συγκρατούν τα μόρια ενωμένα. Εάν οι δυνάμεις συνοχής είναι ισχυρές, ένα υγρό θα έχει την τάση να σχηματίζει σταγονίδια σε μια επιφάνεια.
- Δυνάμεις πρόσφυσης . Είναι οι δυνάμεις που ασκούνται μεταξύ των μορίων του υγρού και μιας επιφάνειας. Εάν οι δυνάμεις πρόσφυσης είναι ισχυρές, ένα υγρό θα έχει την τάση να απλώνεται σε μια επιφάνεια.
Έτσι, εάν οι δυνάμεις συνοχής είναι ισχυρότερες από τις δυνάμεις πρόσφυσης, το υγρό θα διατηρήσει το σχήμα του, αλλά αν συμβεί το αντίθετο, το υγρό θα εξαπλωθεί, αυξάνοντας έτσι την επιφάνειά του. Κάθε ουσία που προστίθεται σε ένα υγρό και αυξάνει την επιφάνειά του ονομάζεται διαβρεκτικός παράγοντας.
Οι διαβρεκτικοί παράγοντες είναι ουσίες που μειώνουν την επιφανειακή τάση ενός υγρού και προκαλούν την εξάπλωσή του με τη μορφή σταγόνων σε μια επιφάνεια, αυξάνοντας την ικανότητα διασποράς του εν λόγω υγρού.
μοριακή προοπτική
Σε ένα δείγμα νερού υπάρχουν δύο τύποι μορίων: αυτά στο εξωτερικό του δείγματος (εξωτερικά μόρια) και αυτά στο εσωτερικό (εσωτερικά μόρια). Τα εσωτερικά μόρια έλκονται από όλα τα μόρια γύρω τους, ενώ τα εξωτερικά μόρια έλκονται μόνο από άλλα μόρια στην επιφάνεια και εκείνα κάτω από αυτά. Αυτό κάνει την ενεργειακή κατάσταση των εσωτερικών μορίων λιγότερο έντονη από αυτή των εξωτερικών μορίων. Έτσι, τα μόρια διατηρούν μια ελάχιστη επιφάνεια, η οποία επιτρέπει σε περισσότερα μόρια να έχουν χαμηλότερη ενεργειακή κατάσταση. Αυτό το φαινόμενο είναι συνέπεια της επιφανειακής τάσης και ένας από τους καλύτερους τρόπους επαλήθευσης της ύπαρξής του.
Τα μόρια του νερού έλκονται μεταξύ τους λόγω της πολικής ιδιότητας του νερού. Τα άκρα του υδρογόνου είναι θετικά, ενώ τα άκρα του οξυγόνου είναι αρνητικά και συνδέονται μεταξύ τους, αρνητικά οξυγόνα με θετικά υδρογόνα. Για να σπάσει αυτούς τους διαμοριακούς δεσμούς χρειάζεται ένα ορισμένο ποσό ενέργειας, που είναι ακριβώς η επιφανειακή τάση. Το ίδιο ισχύει και για άλλα υγρά, ακόμα και για υδρόφοβα , όπως το λάδι. Υπάρχουν και άλλες δυνάμεις που δρουν στο υγρό όπως οι δυνάμεις Van der Waals, οι οποίες ασκούνται μεταξύ των μορίων του υγρού.
Συνεχίζοντας με το παράδειγμα του νερού, η επιφανειακή του τάση είναι πολύ υψηλή. Στην πραγματικότητα, η επιφανειακή τάση του νερού μπορεί να κάνει υλικά ακόμη πιο πυκνά από το ίδιο το νερό να επιπλέουν πάνω του. Χάρη στην επιφανειακή τους τάση, ορισμένοι οργανισμοί μπορούν κυριολεκτικά να περπατήσουν πάνω από το νερό. Ένα παράδειγμα είναι ο δρομέας νερού ή ο τσαγκάρης, ο οποίος μπορεί να τρέξει στην επιφάνειά του λόγω των διαμοριακών δυνάμεων των μορίων του νερού και επειδή το βάρος του δρομέα κατανέμεται μεταξύ των ποδιών του. Η επιφανειακή τάση επιτρέπει επίσης το σχηματισμό σταγονιδίων που βλέπουμε συνεχώς στη φύση.
Άλλα παραδείγματα επιφανειακής τάσης
Ένα αλκοολούχο ποτό σχηματίζει μικρές αυλακώσεις στο ποτήρι λόγω της αλληλεπίδρασης μεταξύ των διαφορετικών τιμών επιφανειακής τάσης αιθανόλης και νερού και της ταχύτερης εξάτμισης του αλκοόλ σε σύγκριση με το νερό.
Το λάδι και το νερό διαχωρίζονται επειδή η επιφανειακή τάση αυτών των υγρών είναι διαφορετική. Σε αυτήν την περίπτωση, ο όρος είναι “τάση διεπαφής”, αλλά είναι απλώς ένας τύπος επιφανειακής τάσης μεταξύ δύο υγρών.
